框架结构层间位移角限值

第９卷第４期　震灾防御技术　ｖ０１．９，Ｎｏ．４　

２０１４年１２月Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｅａ￣ｈｑｕａｋｅ　Ｄｉｓａｓｔｅｒ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　Ｄｅｃ．，２０１４　

郭靖，陈健云，余流，２０１４．高阶振型对建筑结构层问位移的影响．震灾防御技术，９（４）：９０７—９ｌ４．ｄｏｉ：１０．１１８９９／ｚｚｆｙ２０１４０４１９　

高阶振型对建筑结构层间位移的影响’　

郭　靖¨　陈健云　余　流¨　

１）中国建筑第六工程局有限公司，天津３００４５１　２）大连理工大学工程抗震研究所，大连１１６０２３　

摘要建筑结构层间位移是抗震设计的研究重点。本文基于广义层间位移谱，分析高阶振型对结构　

最大层间位移角以及对结构层间位移沿无量纲高度分布的影响，并通过调整结构侧向刚度比，分　

析高阶振型对结构层间位移变形类型的影响。结果表明：随着结构固有周期的增加，仅取一阶振型进　

行分析将会显著低估结构的最大层间位移角，高阶振型的影响决不能忽视；从结构层间位移沿无量纲　

高度分布的角度分析，高阶振型将会显著增加结构中上部位的层间位移需要；高阶振型将增加长周期　

结构的剪切变形和中上部位的弯曲变形需求，但对中下部位弯曲变形的影响并不明显；针对长周期结　

构的设计和分析，除计算最大层间位移角外，建议考虑层间位移沿结构高度的分布情况。　

关键词：层间位移谱高阶振型层间位移分布高层建筑抗震设计　

引言　

建筑结构在地震动作用下所产生的变形是导致结构损坏的直接原因，结构抗震评估和设　

计需要满足变形要求，基于变形的抗震设计已成为研究重点（Ａｙｄｉｎｏｇｌｕ，２００３；Ｋａｒａｖａｓｉｌｉｓ　

等，２００６）。我国《建筑抗震设计规范（ＧＢ　５００１１－２０１０）））（中华人民共和国国家标准，２０１０）　

明确指出：采用振型分解反应谱法计算地震作用和地震力分布时，振型个数选取振型参与质　

量达到总质量９０％所需的振型数。王克峰等（２００５）在建立平面框架结构模型进行层间位移　

“楼层位移比”和“层间位移角”解析

关于“楼层位移比”和“层间位移角”,很多人会迷糊,

这里做详细说明：

1、“楼层位移比”

1）定义——“楼层位移比”指：楼层的最大弹性水平位

移（或层间位移）与楼层两端弹性水平位移（或层间位移）

平均值的比值；

2）目的——限制结构的扭转；

3）计算要求——考虑偶然偏心（注意：不考虑双向地

震）.

2、“层间位移角”

1）定义——按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高

之比；

2）目的——控制结构的侧向刚度；

3）计算要求——不考虑偶然偏心,不考虑双向地震.

3、综合说明：

1）现行规范通过两个途径实现对结构扭转和侧向刚度的

控制,即通过对“扭转位移比”的控制,达到限制结构扭转的

目的；通过对“层间位移角”的控制,达到限制结构最小侧向

刚度的目的.

2）对“层间位移角”的限制是宏观的.“层间位移角”

计算时只需考虑结构自身的扭转藕联,无需考虑偶然偏心及双

向地震.3）双向地震作用计算,本质是对抗侧力构件承载力的一

种放大,属于承载能力计算范畴,不涉及对结构扭转控制的判

别和对结构抗侧刚度大小的判断.

4）常有单位要求按双向地震作用计算控制“扭转位移

比”和“层间位移角”,这是没有依据的.但对特别重要或特

别复杂的结构,作为一种高于规范标准的性能设计要求也有它

一定的合理性.

4、相关索引

1）江苏省房屋建筑工程抗震设防审查细则第5.1.3条规

定：先计算在刚性楼板、偶然偏心情况下的扭转位移比,当扭

转位移比大于等于1.2时,分别按偶然偏心和双向地震计算,

再取最不利的扭转位移比进行扭转不规则判别.（博主提示：

请注意,这是很严格的要求）.

2）复杂高层建筑结构设计（徐培福主编）第195页,图

7.1.7,先按不考虑偶然偏心计算扭转位移比,根据计算结果分

两种情况分别计算,一是,当扭转位移比小于1.2时,按偶然偏

心计算；二是,当扭转位移比大于等于1.2时,按双向地震计

算.再根据两次计算结果取不利情况对结构的扭转不规则进行

判别.（博主提示：请注意,这里对采用双向地震的判别是比

钢管混凝土框架结构的最大层间位移角

说到钢管混凝土框架结构的最大层间位移角，很多人可能都会皱眉头，觉得这好像离自己很远的事。它跟我们的日常生活并没有那么遥远。你想啊，咱们每个人每天都在楼里楼外走来走去，居住的楼房是不是得稳稳的？你走到楼梯口，感觉到一点儿晃动，那种不舒服的感觉你肯定明白。这个“晃动”，就是层间位移角的一个具体体现。所以啊，搞明白这个问题对我们生活中所处的环境有多重要，还是挺有必要的。

先别着急打瞌睡，听我慢慢给你讲。钢管混凝土框架结构其实就是把钢管和混凝土这两种材料结合起来，用钢管做骨架，混凝土来填充。这个设计的好处嘛，就是稳当、结实，还能承受很大的荷载。你可以想象一下，它就像是咱们平时吃的那种巧克力棒，外面是坚硬的巧克力壳，里面是松软的巧克力酱。钢管是硬壳，混凝土是软心，两者结合得恰到好处。

不过你要知道，钢管混凝土框架结构虽然稳，还是会有一些小“晃动”。这种晃动，不是摇晃得像海上的小船，而是指的楼层之间的位移角。简单来说，层间位移角就是楼房在受力时，每一层相对于下面一层的偏移程度。比方说，你在二楼看楼下，突然发现那一层的窗户好像比原来斜了一点，这个“斜”就代表了层间位移角。层间位移角如果过大了，整个结构可能会出现问题，严重的话甚至会威胁到建筑的安全。所以，最大层间位移角的控制非常重要，直接关系到楼房能不能稳稳地屹立在大地上。

那这个最大层间位移角到底怎么来控制呢？最关键的是要控制荷载。荷载过大，建筑就容易变形，晃动自然也就加剧。你想想，假如你楼上的一堆重物掉下来，或者楼下大门突然被撞开，楼房受的力就会增大，层间位移角也会随着增加。所以，设计的时候

得考虑到各种荷载的因素，从人员、家具到车辆、设备，所有可能施加在建筑上的力，都得细致地计算一遍。

别小看这些计算，看似简单，背后其实是复杂的工程学原理。好比是你做饭，要把所有食材按比例加进去，火候也得掌握好。这个最大层间位移角的控制，其实就是要做到在一定的荷载下，保证结构的刚度和强度不会被破坏。刚度大了，建筑不容易变形；强度高了，即使受到了很大的冲击，也能顶得住。

第２８卷第３期　２０１２年６月　结构工程师　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｖｏｌ＿２８．Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２０１２　

ＲＣ框架层间位移与构件变形关系研究　

刘许凡　蒋欢军　，　＇　

（１．同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所，上海２０００９２；　２．同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海２０００９２）　

摘　要　为实现变形指标——层间位移角在ＲＣ框架结构基于性能的抗震设计中的应用，研究了层间　

位移与构件变形之间的关系。首先，介绍了ＲＣ框架层间位移构成。接着，在“强节点”的假定下，建立　

并验证了弹性状态下层间位移与构件变形的关系式；进入塑性阶段后，引入塑性折减系数，建立了塑性　

状态下层间位移与构件变形的转换关系式。最后，通过简化方法计算得到的层间位移与用ＯｐｅｎＳＥＥＳ　

数值模拟得到的结果进行对比分析，研究了塑性折减系数与延性系数的关系。　

关键词　钢筋混凝土框架，层间位移，构件变形，弯矩一曲率关系，塑性折减系数　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　Ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｓｔｏｒｙ　Ｄｒｉｆｔ　ａｎｄ　

Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ＲＣ　Ｆｒａｍｅｓ　

ＬＩＵ　Ｘｕｆａｎ　ＪＩＡＮＧ　Ｈｕａｎｊｕｎ　’　，　

（１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｉｓａｓｔｅｒ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｄｉｓａｓｔｅｒ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎ￣ｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒ—ｓｔｏｒｙ　ｄｒｉｆｔ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ